超声波检测基础知识
一、超声波的发生及其性质
1、超声波探伤：利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。
2、超声波探伤示意图
二、超声波检测的原理：超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
三、试块
超声波基础知识的一般讲解 一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波 机械振动：物体沿直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动称为机械振动。 机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波；如水波、声波、超声波等。 产生机械波的条件：（1）要有作机械振动的波源（2）要有能传播机械振动的弹性介质2、波长、波速、频率 1）波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点之间的距离，符号λ 2）波速：波动在弹性介质中单位时间内所传播的距离，符号C 3）频率：波动过程中，任一给定点在1秒内能通过的完整波的个数，符号f 三者的关系：C=λ·f 3、次声波、声波和超声波 1）次声波：频率低于20Hz的机械波 2）声波：频率在20～20000Hz的机械波 3）超声波：频率高于20 KHz的机械波 4、超声波的特性 1）方向性好，犹如手电简灯光在黑暗中寻找到所需物品 2）能量高 3）能在界面上产生反射折射和波型转换 4）超声波穿透能力强 5、超声波的类型 a、按质点的方向分类 1）纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波 2）横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 3）表面波：当介质表面受到交变应力作用时产生沿介质表面传播的波 4）板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波 C、按波的形状分类 1）平面波：波阵面为互相平行的平面的波 2）柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波 3）球面波：波阵面为同心球面的波 6、声速 纵波：钢 5900 m/s 铝 6300 m/s 水 1500 m/s 有机玻璃 2700 m/s 空气 340 m/s 横波：只能在固体中传播 钢 3200 m/s 铝 3130 m/s 有机玻璃 1120 m/s 表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的0.45倍 7、超声波垂直入射到平面上的反射和透射 当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波 设入射波声压为P 0，反射声压为P r , 透射声压为P t , 其声压反射率r=P r / P =(z 2 -z 1 )/ (z 2 +z 1 ) 其声压透射率t=P t / P =2 z 2 / (z 2 +z 1 )
第一章超声波检测 超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。 超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。 超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。 超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。 1.1超声波检测的基础知识 1.1.1 超声波 声波：频率在20～20KHz之间； 次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡
超声工业测量技术 在非电量电测技术中，许多非电量可以通过电学方法加以测定，同样，许多非声量也可通过声学方法来加以测定，这就是所谓超声工业测量技术。非电量的电测主要是通过一些元件的电阻、电容或电感等量来进行的。在超声工业测量技术中，非声量的测定也往往是通过某些媒质声学特性(主要是声速、声衰减和声阻抗率等)的测量来进行的。 超声工业测量技术中应用最广的是媒质的声速这一物理量。 第一，媒质的声速与媒质 的许多特性有直接或间接的关系。有些关系非常简单直接，已有精确的理论公式，例如，在测定声速和密度后，就可求出媒质的弹性模量。有些关系比较间接而且复杂，但在特定的条件下，仍可以建立一些半理论或纯经验的关系式，例如，媒质的成分，混合物的比例，溶液的浓度，聚合物的转化率，某些液体产品的比重，某些材料的强度等等，都可与声速建立一定的关系，利用这些关系，就熊通过测量声速来测定这些媒质的非声特性。上述原则是声速分析仪的基本原理。 第二，媒质的声速与媒质所处的状态也有相互关系。例如，媒质的温度、压强和流速等状态参量的变化都会引起相应的声速的变化。如声学温度计、超声波风速仪和超声流量计就是用这一类关系来测量温度或流量的。 第三，其他应用，例如在声速c已经测知的媒质中，可以利用声波传播距离L和传播时间t 的关系L=ct，或利用波长λ和频率f(或周期T)之间的关系c=fλ=λ/T，进行超声测距的应用。如超声液位计和超声测厚计就是这一方面的典型应用技术。 声阻抗率方法也是一种较常用于媒质特性分析的技术。在这种技术中，所测定的声学 量是换能器对媒质的辐射阻抗率。如果换能器在媒质中所激起的是平面纵波行波，则辐射阻抗率就是声阻率ρc。当两种媒质的声速c几乎相同，但密度ρ有很大不同时，往往就可根据ρc的测量来加以区别。在同时测得声速的情况下，也可用这种方法来测量液体的密 度p或弹性模量ρc2等。如果换能器在液体媒质中激起的是切变行波，其声阻抗率将与 成正比，η是液体的粘性，这就是超声粘度计的原理。如果换能器是在流体中作弯曲振动的，则其辐射声抗率将与流体的密度p有关，因而使换能器的共振频率随p而变化，这也是一种可以精确测定液体密度的原理。 遇到需要采用声学方法来测定一个非声量的情况时，在声速、衰减和阻抗这三种技术途径中，应按什么准则来决定取舍呢?第一是看要测的非声量究竟与那一个声学量的关系比较明显。这就是说，相应于同样大小的非声量的变化，如果某一声学量能够有最大的变化，这一声学量就比较值得考虑。第二，应该考虑到声速、衰减和声阻抗率都是随很多因素变化的，除待测的那种非声量外，其他媒质特性或媒质状态的变化往往也会引起声学量的变化，对于须测的非声量来说，这些其他因素引起的变化就是一种干扰。因此，选用某种声学量的途径时，应注意干扰因素要尽可能少，干扰影响要尽可能小，或可采用切实可行的补偿措施来避免这些干扰。第三，挑选技术途径时必须注意满足现场的使用、安装和维护等条件并应达到要求的精度，在这一前提下还应力求稳定耐久和方便可靠，才能有较高的实用价值。上述准则只是一些原则性的意见，还应根据具体情况作具体的考虑。 声发射检测技术 材料或结构受外力或内力作用产生形变或断裂 ,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。各种材料声发射的弹性波的频率范围很宽 ,从次声频、声频到超声频 ,因此 ,
超声监测技术的新应用
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超声监测技术的新应用 超声检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础，各行各业都在使用的通用技术之一，他是通过超声波的产生、传播及接受的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于工业领域的很多方面。 其中超声探伤检测是无损探伤中最为重要一种方法，由于超声波具有穿透能力强、对材料人体无害、使用方便等特点，可对各种锻件、轧制件、铸件、焊缝等进行内部缺陷检测，因而得到广泛应用。 此外利用超声波的各种特性，超声技术还应用于金属与非金属材料厚度测量、流量测量、料位及液位检测与控制、超声波零件清洗等工业领域。 本文主要介绍超声技术在设备故障检测及诊断方面的最新应用。 一．压力及真空系统的泄漏检测 当气体在压力下通过限流孔时，它从一个有压层流变为低压紊流（参见图1）。紊流产生所谓的“白噪声”广谱声音。在这种白噪声中含有超声波分量。因为泄漏部位的超声最大，探测这些信号通常是非常简单的。 目前已有成熟的超声检测专用仪器，可将探测到的超声波信号转换为人耳可听见的音频信号，适用于各种泄漏检测。（参见附录） 泄漏可以在压力系统或真空系统中出现。在这二种系统中，超声的产生方式如上所述。二者之间唯一不同的是真空泄漏产生的超声波振幅通常小于同等流速的压力泄漏。其原因在于真空泄漏产生的紊流是发生在真空室内，而压力泄漏产生的紊流出现在大气中 什么样的气体泄漏采用超声波探测呢？一般来说，不管何种气体，包括空气在内，只要它从限流孔泄出时产生紊流，就可以用超声波探测。与气体专用的传感器不同，超声检测是属于声音专用检测。气体专用传感器仅能用于它所能辨别的具体气体（如氦）。而超声检测能辨别出任何类型的气体，因为它探测的是泄漏紊流所产生的超声。
第1题 当某些晶体受到拉力或压力时会产生形变，从而晶体的表面上出现电荷，这种现象称为____效应 A.压电 B.振动 C.逆压电 D.应变 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 下面的衰减类型中不属于材料特征的是 A.扩散衰减 B.吸收衰减 C.散射衰减 D.以上都是 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 Vp、Vs、VR三者的大小关系是 A.Vp>Vs>VR B.Vs>Vp>VR C.Vp>VR>Vs D.VR>Vs>Vp 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 下列哪个声学参数对缺陷的反应最为敏感？ A.声时 B.声幅
C.频率 D.声速 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 声波透射法的波速属于 A.一维波速 B.二维波速 C.三维波速 D.以上皆是 答案:C 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第6题 纵波声速___横波声速 A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 声速(v)、波长(λ)和频率(f)三者的关系为 A.f= v*λ B.λ=f*v C.v =f*λ D.v =f/λ 答案:C 您的答案：C 题目分数：5
此题得分：5.0 批注： 第8题 声波透射法中测得的桩身混凝土声速是声波在无限大固体介质中传播的声速。对同一根混凝土桩，声波透射法测出的声速应___ 低应变法测量出的声速。 A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 超声波在混凝土中传播时，当混凝土质量差或存在缺陷时接收到的声波信号中，一般可以具有如下特征 A.声时增大、频率变高 B.声时减小、频率变低 C.声时增大、频率变低 D.声时减小、频率变高 答案:C 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第10题 声波透射法中,换能器在声测管内一般用___耦合 A.空气 B.黄油 C.泥浆 D.清水 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注：
超声的基本知识 陈仓区中医医院B超室 朱浩峰
三、超声的传播速度：超声在人体软组织 中的平均传播速度为1540m/s 。 一、超声的概念：其本质为高频变化的压力波，是一种机械波，其频率超过成年人听觉阈值的上限，在20千赫兹以上。 二、频率：即每秒振动的次数。医学诊断用超声频率一般在1MHz---20MHz 间。
四、超声的特性： 超声波可在气体、液体、固体等介质中传播 使人们利用超声波成为可能超声波可以传递能量，可随距离增大逐渐衰减超声波在传播过程中会产生反射、折射、散 射、绕射、干涉等现象 超声波在液体介质中传播时，会在界面 产生冲击和空化现象；在人体组织中传播 时可产生热效应。 聪明的人类充分利用超声波对人们有用的 特性，尽最大能力减小其负面的特性
WFUMB(世界医学生物学超声联合会) 1992年发表的关于超声热作用和临床应用的声明中提到五、超声检查的安全性 目前使用的简单的B 型超声成像设备的声功率， 不可能产生有害的温度升高作用。因此它在至热 方面无禁忌证，包括经阴道、经腹壁及内镜超声的应用 某些Doppler 诊断仪在无血流灌注的实 验条件下，可引起生物学作用的升温效 应。将声束照射时间减少，可是升温降 至最小。输出功率也可调节，应采用最 低输出功率。动物实验研究清楚表明， <38.5 0C 可以广泛的使用，包括产科
超声检查的安全性WFUMB(世界医学生物学超声联合会)在1996年4月会议上提出： TI （热指数） 一般脏器≤1.0 胚胎<0.3 眼<0.2 MI（机械指数） 一般脏器≤1.0 胚胎<0.3 眼<0.1
1. 请叙述常见的医用超声探头有哪几种类型？每种探头的用途。 （凸阵－腹部妇产科、线阵－浅表器官术中、相控阵－心脏及颅脑、微凸阵-腔内） 2. 医生在使用超声设备时，非常关注设备的分辨率和穿透力，请叙述工 作频率与二者的关系。 （频率越高，分辨率越好，穿透力越差，频率越低，分辨率越差，穿透力越好） 3. 请叙述现代超声设备是如何解决分辨率和穿透力这对矛盾的。 （宽频带探头+ 变频技术） 4. 请简述超声设备用于医学诊断的优点（三条以上）。 （实时成像、无辐射、可移动/成本低、应用多普勒技术检测血流）5. 请简述超声显示模式中，B模式、M模式的工作原理。 （B模式：将回声信号以光点的形式显示出来，回声强则光点亮，回声弱则光点暗，光点随探头移动连续扫查，呈现出脏器的解剖切面，是二维空间显示，又称二维法）。 （M模式:系在单声束B型扫描基础上加入慢扫描锯齿波，将光点转换成曲线，使回声光点从左向右自行移动扫描，在示波器上显示。 横轴（X）代表光点慢扫描时间；纵轴（Y）代表被测结构所处的深度位置，曲线向上示界面前移，曲线向下示界面后移。当探头固定一点扫查时，从光点的移动可以观察反射体的深度及其活动情况，显示出时间位置曲线图）。 6. 请简述探头作为能量转换器件的工作原理。 （经过人工极化过的压电陶瓷即探头在机械应力的作用下会在电极
表面产生电荷，反之，若对陶瓷施以一个电场，陶瓷也会产生应变，这种机械能转变成电能，电能转变成机械能的现象称为压电效应，由机械能转化成电能称正压电效应，由电能转化成机械能成逆压电效应，超声波的发射应用了逆压电效应，接收应用了正压电效应，探头应用这种压电效应原理发射并接收超声波，经过主机处理在显示屏上得到图象）。 7. 简述医用超声诊断设备的构成。 （由探头、主机、监视器、记录设备组成）。 8. 什么叫帧频？高帧频对于临床诊断有何益处？ （单位时间内获得图象的数量，高帧频可以更细致的观察快速运动的组织结构，获得细小的信息，提高诊断的准确性）。 9. 多普勒技术应用于超声诊断有哪些益处？ （多普勒技术应用多普勒原理用于观察运动的组织，如血管中血液的流动）。 10. 超声波的物理特性有哪些？医用超声波成像主要利用哪两个物理特性成像？ （反射、折射、散射、衍射、绕射。主要应用前两个特性成像）。 11. 脉冲多普勒和连续多普勒的主要不同点是什么？ （脉冲多普勒/PW：间断发射/接收，获取在取样点处多普勒频移信息并分析、显示。主要用于检测低速血流。脉冲波多普勒具有距离选通能力。但不能测量一条线上最大血流速度的信息）。 （连续多普勒/CW：连续发射/接收，获取在取样区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度血流并显示。主要用于检测高速血流）。 12. M 型超声的临床用途是什么？ （用于心脏及胎儿心率的测量，应用M型检查将心脏各层组织结构回
更多2019年超声波医学考试基础知识练习题点击这 里 （公众号关注：百通世纪获取更多） 1.探头匹配层的最主要作用是 A.间接保护压电振子 B.减少声波的谐振 C.使探头与皮肤声阻抗相匹配，有利于声波传播 D.降低横向耦合力 E.増加有效振子数目 2.下列关于数字扫描变换器（DSC)所实现的功能哪个是错误的 A.将超声模拟信号转换成电视制式信号 B.比较容易地实现图像放大 C.完成线性内插补并实现丰富的灰阶 D.实现字符显示及图像存储 E.增强了滤波器性能 3.彩色多普勒血流显像仪的工作流程不包括下列哪项内容 A.将多普勒信号进行A/D转换 B.经自相关技术计算多普勒平均速度、方向和速度分散 C.依血流方向及流速做彩色处理 D.彩色血流图与灰阶图像叠加 E.不需再经D/A转换 4.彩色多普勒血流显像仪安全性标准，下列哪项是关键性要求 A.检出彩色的敏感性
C.功能丰富 D.可使用录像、热敏打印 E.是全数字化技术 5.从使用的方面评价彩色多普勒血流显像仪，哪项是质量差的标志 A.空间分辨力、速度分辨力、动态分辨力均高 B.检出血流敏感度高 C.显示图像均匀性好 D.彩色血流效果佳 E.提高灰阶图像增益时，彩色图像质量即下降 6.为了最敏感地显示乳房肿块内的彩色血流信号并测速，首选的探头频率为 A.2.0MHz B.2.5MHz C.3.0MHz D.5.0MHz E.7.5MHz 7.患者28岁，为室间隔缺损，左向右分流，用彩色多普勒技术检查分流血流，对仪器的调节，下述哪一项是错误的 A.低通滤波 B.高频(7MHz以上）电子相控阵探头 C.电子线阵探头(5MHz以上） D.高速档速度标尺（高脉冲重复频率） E.彩色图选用两色彩图 8.改变彩色血流图的基线，使其向红色标尺方向调节，结果 A.红色增多，正向血流测量范围扩大 B.蓝色增多，反向血流测量范围扩大 C.正向/反向血流速度显示无变化 D.使二维图像更加清晰 E.彩色血流能量图显示更鲜明 9.B型实时扫描，电子式与机械式探头比较，其特点是 A.电子探头比机械探头噪声大，有震动 B.机械探头比凸阵探头大 C.机械探头振子数比电子探头多 D.电子凸阵探头具有较大的近区和远区视野，适宜做心脏检查 E.电子探头较机械探头耐用 10.调节灰阶超声仪器的工作条件达到最佳状况，哪项内容不重要 A.提高空间分辨力
超声基础知识总结 物理基础 基本概念――人耳听觉范围：20-２00００H Z 超纵声波频率＞２0000H Z――纵波（疏密波)：粒子运动平行于波传播轴； 诊断最常用超声频率：2－10MH Z 基本物理量:频率(f)、波长(λ)、声速(c）；三者关系:λ=c／f 人体软组织的声速平均为1540ｍ/s，与水的声速相近;骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的２倍以上。 超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；简称声场，又称声束。 声束的影响因素:探头的形状、大小； 阵元数及其排列； 工作频率（超声的波长）； 有无聚焦及聚焦的方式； 吸收衰减； 反射、折射和散射等。 声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的反向总有偏差,容易产生伪像。 声场可分为近场和远场两部分 (１）近场声束集中,呈圆柱状; 直径――探头直径（较粗); (横断面声能分布不均匀) 长度――超声频率和探头半径。 公式:L=(2r·f）/c Ｌ为近场长度， r为振动源半径, ｆ为频率, c为声速 (2）远场声束扩散，呈喇叭状;声束扩散角越小，指向性越好。 （横断面声能分布较均匀) 声束两侧扩散的角度为扩散角(2θ);半扩散角(θ）。 超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。 影像因素：增加超声频率;――近场变断、扩散角变小; 增加探头孔径（直径)――但横向分辨率下降。 采用聚焦技术――方法：固定式声透镜聚焦; 电子相控阵聚焦； 声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和(或)侧向分辨力。 固定式声透镜聚焦――将声透镜贴附在探头表面。 常用于线阵探头、凸阵探头; 可提高横向分辨力，但远场仍散焦。 电子相控阵聚焦――（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚 焦或多点聚焦;可提高侧向分辨力; 常用于线阵探头、凸阵探头；
第1章绪论 1.1超声检测的定义和作用 指使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。 作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率 1.2超声检测的发展简史和现状 利用声响来检测物体的好坏 利用超声波来探查水中物体1910‘ 利用超声波来对固体内部进行无损检测 1929年，前苏联Sokolov 穿透法 1940年，美国的Firestone 脉冲反射法 20世纪60年代电子技术大发展 20世纪70年代，TOFD 20世纪80年代以来，数字、自动超声、超声成像 我国始于20世纪50年代初范围 专业队伍理论及基础研究标准超声仪器 差距 1.3超声检测的基础知识 次声波、声波和超声波 声波：频率在20～20000Hz之间次声波、超声波 对钢等金属材料的检测，常用的频率为0.5～10MHz 超声波特点： 方向性好 能量高 能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换 穿透能力强 超声检测工作原理 主要是基于超声波在试件中的传播特性 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变； 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析； 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。 超声检测工作原理 脉冲反射法： 声源产生的脉冲波进入到试件中——超声波在试件中以一定方向和速度向前传播——遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射——检测设备接收和显示——分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。 通常用来发现和对缺陷进行评估的基本信息为： 1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度； 2、入射声波与接收声波之间的传播时间； 3、超声波通过材料以后能量的衰减。 超声检测的分类 原理：脉冲反射、衍射时差法、穿透、共振法 显示方式：A 、超声成像（B C D P） 波型：纵波、横波、表面波、板波
超声波检测新技术-TOFD 摘要：本文通过简单介绍超声波检测中TOFD方法的物理原理和在无损探伤中的应用，提出了TOFD检测技术将会更加广泛应用于焊缝的无损检测工作中。TOFD检测技术的发展过程、TOFD检测的原理、优点及其局限性，对TOFD检测主要应用范围进行了阐述。给出了TOFD检测的一般工艺流程,并结合实际操作,说明了该技术的重要用途，对TOFD技术对缺陷精确定量进行了简要说明。 关键词:超声波；TOFD；检测 New technology of ultrasonic TOFD ABSTRACT: in this paper, the physical principle of TOFD in ultrasonic testing method is briefly introduced and applied in non-destructive inspection, put forward a nondestructive test technique for the detection of TOFD will be more widely used in the welding seam. TOFD detection technology development process, the TOFD detection principle, advantages and limitations of TOFD testing, main application range are described. The general process of TOFD detection is presented, and combined with the actual operation, explains the important uses of the technology, the TOFD technology of the precise and quantitative defects are introduced briefly. Keywords: ultrasonic; TOFD; detection 0 引言 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique)检测技术于1977年，由英国Silk教授根据超声波衍射现象首次提出。现已在核电、建筑、化工、石化、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用。TOFD技术的检测费用是脉冲回声技术的1/10。现在，TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题，现已开始大量推广应用，几年以后，将有取代RT的可能。 2006年9月TOFD标准组成立暨首次会议上，中国特检院提出由全国锅容标委归口，2009年12月《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称“新容规”）开始实施，后延至2010年11月正式实施。TOFD监测系统由计算机超声波探伤仪本体、发射探头、接收探头、前置放大器、光学或磁性编码器以及连接电缆组成。仪器能以不可更改的方式将所有扫描信号和TOFD图像存储于磁、光等永久介质，并能输出其硬拷贝。[1] 《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.5.3.1无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差超声检测（TOFD）做为附加局部检测。第 4.5.3.4.2超声检测技术要求：采用衍射时差超声检测（TOFD）的焊接接头，合格级别不低于II级。[2] 1 TOFD检测的原理和应用 1.1 基本原理 TOFD检测原理：当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，可以判定缺陷的大小和深度。也可理解为当超声波在存在缺陷的线性不连续处，如裂纹等处出现传播障碍时，在裂纹端点处除了正常反射波以外，还要发生衍射现象。 两束衍射波信号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。因为衍射波分离的空间（或时间）与裂纹高度直接相关。[3] 非平行扫查一般作为初始的扫查方式，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的
医学超声基本知识 销售人员内部培训使用 医用超声常识 ●什么是超声波？ ●超声波的基本参数：频率、波长、声阻抗、声速等等。 ●医用超声的成像模式和发展历史。 ●医用超声仪的基本知识。 ●超声诊断在医学上的应用。 什么是超声波？ ●超声波是频率大于20000赫兹的声波。 ●声波是由物体振动产生的。超声波是由压电晶体振动产生的。 ●超声波在人体介质里的传播方式：反射、折射、衍射、散射和衰减等，其中反射是超声成像的基本原理。 ●回声：反射回来的超声信号叫回声。 超声波基本参数 ●波长和频率的关系：成反比。频率为超声最常用参数。频率越高，超声穿透力越差。 ●医用超声波的频率范围：2-10兆赫较常用，其中腹部3.5兆赫最常用。 ●声速：在人体一般为1500米/秒。 ●声阻抗：决定回声的强弱。（类似X线诊断中的密度概念）。 超声波的成像模式和发展历史 ●A超：即Amplitude超声（类似示波器波形），以振幅的大小来表示回声的强弱，临床已基本淘汰。 ●某些科室如肺科胸水测量、眼科眼球径线的测量可能还在使用。 超声波的成像模式和发展历史 ●B超：即Brightness超声，它将回声用灰阶二维图象表示出来，是医用超声诊断的主要手段。 ●B超显示的是一种断面解剖图象，类似于CT和磁共振图象。 超声波的成像模式和发展历史 ●M超：即Motion超声，是B型超声的一维取样图象随时间的变化图象，主要用于心脏径线测量以及各种心功能的测量。 ●M型也可用在胎心率的测量。 超声波的成像模式和发展历史 ●频谱多普勒：分脉冲多普勒和连续多普勒两种，主要用于心脏和血管的血流动力学参数测量。 ●脉冲多普勒：简称PW。最常用的血流动力学测量方法。 ●连续多普勒：简称CW。主要用于高速血流的测量。 两种频谱多普勒的简单区别 ●脉冲多普勒：可以定位测量血流的动力学参数，但所能测量的最高流速受到多种因素如频率、取样深度、脉冲重复频率等的限制。它广泛用于心脏和血管检查。 ●连续多普勒：可测量高速血流，但不能定位，主要用于心脏测量。 超声波的成像模式和发展历史 ●彩色血流成像技术：传统上是彩色多普勒技术CDFI。新近出现了能量图和方向性能量图技术。CDFI和能量图的区别 ●CDFI：最主流的彩色成像技术。在高速血流显示上有特征性的伪差－－“混叠”出现，表现心脏的湍流较直观。成像受角度影响。
超声波焊接机原理 超声波塑胶焊接原理是由发生器产生20KHz(或15KHz)的高压、高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工件表面及在分子间的磨擦而使传递到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当震动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接。 概述 超声波模治具架设不准确受力不平均原理 在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该 会产生音波传导的现象. 我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接. 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。 另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。
塑料产品材质配合不当 每一种塑料材质的熔点，各有不同，例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超音波熔接势必困难。而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的熔接效果好。 超声波台输出能量不足 客户在购买超音波熔接机时，通常较难预料未来产品发展的规格，所以会遇到较大产品对象超出超音波标准熔接的情形。此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生一、超声波模治具架设不准确超声波、受力不平均怎么办？ 在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象. 我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接. 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。 另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。
1.请叙述常见的医用超声探头有哪几种类型？每种探头的用途。（凸阵 －腹部妇产科、线阵－浅表器官术中、相控阵－心脏及颅脑、微凸阵-腔内） 2.医生在使用超声设备时，非常关注设备的分辨率和穿透力，请叙述 工作频率与二者的关系。 （频率越高，分辨率越好，穿透力越差，频率越低，分辨率越差，穿透力越好） 3.请叙述现代超声设备是如何解决分辨率和穿透力这对矛盾的。（宽频 带探头+ 变频技术） 4.请简述超声设备用于医学诊断的优点（三条以上）。（实时成像、无 辐射、可移动/成本低、应用多普勒技术检测血流） 5.请简述超声显示模式中，B模式、M模式的工作原理。（B模式： 将回声信号以光点的形式显示出来，回声强则光点亮，回声弱则光点暗，光点随探头移动连续扫查，呈现出脏器的解剖切面，是二维空间显示，又称二维法）。 （M模式:系在单声束B型扫描基础上加入慢扫描锯齿波，将光点转换成曲线，使回声光点从左向右自行移动扫描，在示波器上显示。 横轴（X）代表光点慢扫描时间；纵轴（Y）代表被测结构所处的深度位置，曲线向上示界面前移，曲线向下示界面后移。当探头固定一点扫查时，从光点的移动可以观察反射体的深度及其活动情况，显示出时间位置曲线图）。 6.请简述探头作为能量转换器件的工作原理。（经过人工极化过的压电 陶瓷即探头在机械应力的作用下会在电极
表面产生电荷，反之，若对陶瓷施以一个电场，陶瓷也会产生应变，这种机械能转变成电能，电能转变成机械能的现象称为压电效应，由机械能转化成电能称正压电效应，由电能转化成机械能成逆压电效应，超声波的发射应用了逆压电效应，接收应用了正压电效应，探头应用这种压电效应原理发射并接收超声波，经过主机处理在显示屏上得到图象）。 7.简述医用超声诊断设备的构成。 （由探头、主机、监视器、记录设备组成）。 8.什么叫帧频？高帧频对于临床诊断有何益处？ （单位时间内获得图象的数量，高帧频可以更细致的观察快速运动的组织结构，获得细小的信息，提高诊断的准确性）。 9.多普勒技术应用于超声诊断有哪些益处？ （多普勒技术应用多普勒原理用于观察运动的组织，如血管中血液的流动）。 10.超声波的物理特性有哪些？医用超声波成像主要利用哪两个物理特性成像？ （反射、折射、散射、衍射、绕射。主要应用前两个特性成像）。11.脉冲多普勒和连续多普勒的主要不同点是什么？ （脉冲多普勒/PW ：间断发射/接收，获取在取样点处多普勒频移信息并分析、显示。主要用于检测低速血流。脉冲波多普勒具有距离选通能力。但不能测量一条线上最大血流速度的信息）。 （连续多普勒/CW ：连续发射/接收，获取在取样区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度血流并显示。主要用于检测高速血流）。 12.M型超声的临床用途是什么？ （用于心脏及胎儿心率的测量，应用M型检查将心脏各层组织结构回
超声波测试混凝土的基本方法 声波在均匀的固体介质中传播时，特别是在金属中定向传播过程中，实际上并没有什么衰减，而在金属与空气界面上则几乎全被反射回来。这就是利用声波来检测金属零部件均匀性和零件内是否有气孔、裂缝、铸造等缺陷的物理基础。而混凝土超声探测亦是根据这一原理来研究混凝土的结构形态。目前比较成功的方法有以下几种类型： （1）用超声波通过混凝土来判断混凝土内部结构的方法，叫透射法或穿透法； （2）用声波所产生的回波信号来研究混凝土内部结构及裂缝位置及波速叫反射法； （3）用声波的界面滑行波来研究岩体的下伏界面速度及界面位置的方法叫折射法； （4）用钻孔来了解混凝土内波速及结构特征随深度的变化，称为孔中测定法。 下面分别介绍各种方法工作的特点及使用条件. 〔I〕透射波（直达波）法： 混凝土超声波透射法，是一种简单而效果又是最好的探测方法?采用透射法发收、换能器机-电，电-机转换效率高，因而在混凝土中的穿透能力相对较强，传播距离相对较长，可以扩大探测范围。透射波法可以获得较反射波法大几倍，较折射波法大几十倍的能量，因而波形单纯、清楚、干扰较小，初至清晰，各类波形易于辨认。透射波法要求发射探头和接受探头之间的距离必须能够准确丈量，否则计算出来的误差值较大，反而影响了测量的精度。 当被测对象较破碎，或存在张裂缝时岩体对声波的衰减系数较大，以及做大距离测试, 可采用锤击法。这时接收仍可采用单片弯曲式换能器接收，其谐振频率以10千赫左右为宜。因为在混凝土上加板的激发频率主频约在数千赫。鉴于这时所测声时值较大，发射到接收的系统延时值在数微秒，可忽略，故不再计较t o的值。 〔U〕反射波（回波）法 用发射、接收换能器检测混凝土质量。超声波在混凝土中传播时，所遇到的每个波阻抗面上，都将发生反射、透射现象，在有几个波阻抗面存在时，则在每个界面上都将发生反射和透射。这样我们在混凝土表面上可以观测到一系列依次到达的反射波如图1所示, 反射波的强度不仅与入射波的强度有关外，而且决定界面的反射系数，即决定两种介质的声阻抗。声波在介质中传播过程中，由于波前的发散作用和凝滞及阻尼等吸收作用，波内稀疏部分与压缩部分中间之热传导及辐射，以及反射波形成过程中都会使入射波的振幅随着传播的距离增加而迅速衰减，在均匀同性介质中，振幅随距离按指数规律衰减。在各向异性介质中，振幅一方面要随距离衰减外，而且随着节理、层理、界面曲率、混凝土结构的破碎程度、裂缝的宽度和长度及与波传播的方向等因素有关，无一定规律的衰减，在计算时，这要看诸影响因素中起主导作用的是什么，抓住主要矛盾，再考虑其它因素。 混凝土不均匀或者由界面破碎等波阻抗面的不同所造成的反射波，当波阻抗面距离小于波形振动的延续面时，则往往造成两个波形振动带的干涉使之产生叠加，反射波多层薄层分辩率最好的位置
超声基础部分 1．何谓超声波?诊断用超声波是如何产生的? 人耳能感知的声波频率范围为20—20000Hz。低于20Hz者称为雌声波，高于20000Hz者称为超声波。医用诊断用超声波的范围多在1—15MHz。 超声波是机械波。可由多种能量通过换能器转变而成。医用超声波是由压电晶体（压电陶瓷等）产生。压电晶体在交变电场的作用下发生厚度的交替改变，即机械振动。其振动频率与交变电场的变化频率相同。当电场交变电频率等于压电晶片的固有频率时其电能转换为声能（电—声）效率最高，即振幅最大。 压电晶体只有两种可逆的能量转变效应。上述在交变电场的作用下，由电能转换为声能，称为逆压电效应。相反，在声波机械压力交替变化的作用下，晶体变形而表面产生正负电位交替变化，称压电效应。 超声探头(换能器)中的压电晶片,在连接电极电压交替变化的作用下产生逆压电效应,称为超声发生器;而在超声波机械压力下产生压电效应,又成为超声波接收器。这是超声波产生和接收的物理学原理。 2．超声波物理特性及其在介质中传播的主要物理量有哪些？它们之间有何关系？ （1）频率（frequency）：质点单位时间内振动的次数称为频率（f）。 （2）周期（cycle）：波动传播一个波长的时间或一个整波长通过某一点的时间（T）。 （3）波长（wavelength）：声波在同一传播方向上，两个相邻的相位相差2π的质点间的距离为波长（λ）。 （4）振幅（amplitude）:振动质点离开平衡位置的最大位移称振幅，或波幅（A）。 （5）声速（velocity of sound,sound velocity）:单位时间内，声波在介质中传播的距离称声速（C）。介质不同，超声在介质中的声速度也不同，但是在同一介质中，诊断频段超声波的声速可认为相同。声波在介质中的传播速度与介质的弹性系数（k）和介质密度（ρ）有关。其声速与k和ρ比值的平方根成正比，即 式中C为声速，E为杨式模量。 根据物理学意义，c、f、T、λ之间有下列关系： f＝1/T，c＝λf＝λ/ T，λ＝c/ f 超声在人体软组织（包括血液、体液）中的声速约为1540m/s；骨与软骨中的声速约为软组织中的2.5倍；而在气体中的声速仅为340m/s左右。 近年来的研究发现，不仅离体组织与活体组织有较大的声速差别，而且使用不同的固定溶液、固定速度也常影响声速。此外，声速尚与组织温度有关。通常，非脂肪组织的声速随温度上升而增快，脂肪组织的声速随温度上升而减慢。当脂肪组织由20o升到40o时，声速可下降15％之多。在进行精细的研究工作时，这些因素必须予以注意。 （6）超声能量与能量密度：当超声波在介质中传播时，声波能到达之处的质点发生机械振动和位移。前者产生动能而后者产生弹性势能。动能和势能之和组成波动质点的总能量。也即超声波的能量。声波在介质中传播的过程，也是能量在介质中传递的过程。 设介质的密度为ρ,声波传播到的质点体积元为△V，其位移为x，△V将鞠有的动能为Wk，产生的势能为Wp。则： Wk＝Wp＝1/2ρA2ω2（△V）sin2ω（t－x/c） △V具有的总能量为： W＝Wk+ Wp＝ρA2ω2（△V）sin2ω（t－x/c） 从表达式中可以看出超声波传播过程中总能量传递方式为：①介质振动质点的动能和势能随时间同时发生周期性变化。②振动质点以获得能量又向下一质点放出（传递）能量的方式传递声波。
超声波检测现场考核参考题 1、灌注桩成桩质量通常存在哪两方面的问题？ 2、总结声波透射法的优缺点。 3、简述声波透射法检测混凝土缺陷的基本依据。 4、声波检测仪应符合那些技术性能？ 5、声波透射法所用检测仪器及换能器有哪些主要技术指标？各在什么范围？ 6、简述径向换能系统延时的来源及其标定方法。 7、采用声波透射法检测基桩时，预埋检测管应注意哪些问题？ 8、声测管埋设应注意哪些要点？ 9、为什么大直径灌注桩不宜选用塑料管做声测管？ 10、对于桩径小0.6m的灌注桩，声波透射法不适用，为什么？ 11、某桩径为0.8m的灌注桩，埋设3根声测管，声测管在桩中的位置，基本等分桩的圆周。请问：声波透射法检测时有没有“盲区”？ 12、声波透射法测桩时，如何选择换能器的工作频率、发射电压、埋管数量、测点点距等技术参数？ 13、声波透射法有哪几种检测方法？简述不同方法的特点、用途。 14、简述声波透射法检测前的准备工作。 15、声波透射法检测中，要求声测管中应注满清水，请说明原因。如果是泥桨，有何影响？ 16、声波透射法测桩质量，可用于判别混凝土缺陷的基本物理参量有哪些？说明其相关关系？
17、常见缺陷在超声波测试信号中的特性有哪些？ 18、解释声波透射法的PSD判别法。 19、检测管不平行时，如何判断缺陷及其位置？ 20、PSD判据的优点是什么？ 21、PSD判据的基本原理是什么？为什么要对斜率加权？ 22、简要说明概率法存在哪些问题，在哪些情况下可能导致误判或漏判？如何解决？ 23、确定声速异常临界值判据中临界值的基本原理是什么？ 24、灌注桩某处离析，造成粗骨大量堆积。声波、幅值有何变化？为什么？ 25、什么叫衰减？产生衰减的原因是什么？ 26、什么叫超声波声场？反映超声波声场特征的重要物理量有哪几个？什么叫声压、声强、声阻抗？ 27、在同一根桩的检测中，不同剖面的检测，声波发射电压和仪器设置参数是否应保持不变？为什么？ 28、JGJ106-2003规范要求不同的桩径需埋设不是数量的声测管，具体的要求是什么？ 29、声波透视法检测中，发射和接收换能器以相同标高提升，每次提升间距为多少？ 30、超声波法检测的适用范围是什么？ 31、声测管及耦合水的声时修正值计算公式是什么？ 32、声波检测PSD判据的计算公式是什么？ 33、超声波在传播中衰减的主要3个类型是什么？